[發明專利]一種銅銦鎵硒柔性薄膜太陽能電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201310314965.3
• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN103400896A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 方小紅;于洋;陳小源
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/02;H01L31/06;H01L21/683
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明屬于太陽電池制備技術領域，特別是涉及一種銅銦鎵硒柔性薄膜太陽能電池及其制備方法。

背景技術

以黃銅礦結構的化合物半導體銅銦硒（CuInSe₂，簡寫為CIS）系列混溶晶體為直接帶隙材料，以其作為吸收層的薄膜太陽電池，被認為是最有發展前景的第三代化合物光伏電池之一，其組成包括：CuInSe₂，CuIn_1－XGa_XSe₂，CuInS₂，CuIn_1－XGa_XS₂，CuIn_1－XGa_XSe_2－XS₂等。現有的銅銦（鎵）硒（硫）薄膜太陽電池，是在20世紀80年代后期開發出來的新型太陽電池，是在襯底上分別沉積多層薄膜構成的光伏器件，典型結構為如下的多層膜結構：襯底/底電極/吸收層/緩沖層/窗口層/透明導電層/減反射膜/上電極。

銅銦鎵硒薄膜太陽電池襯底可使用玻璃或其它廉價材料，亦可采用柔性材料。柔性襯底的薄膜太陽電池由于重量輕、可卷曲的特性，具有便攜、高質量比功率、易于一體化等優點，極大的拓展了太陽電池的應用領域。柔性薄膜太陽電池便于采用卷對卷的連續沉積工藝，成本較高但更可連續大面積生產。柔性薄膜太陽電池若用于建設大型電站，則可大大降低運輸費用和電站的建設成本。柔性薄膜太陽電池不僅可適用于平流層飛艇、無人機等空間軍事運用，同時亦可用于單兵作戰系統、救生系統等地面軍用和便攜式充電、一體化帳篷、衣物一體化、野外、救生、車載、移動等顧客要求的軍用和民用地面特殊市場，并更適用于BIPV等光伏應用的傳統領域。

目前，柔性薄膜太陽電池基本均是在柔性襯底上制備，柔性襯底的選擇包括柔性金屬箔和聚合物膜等。柔性襯底表面沉積功能層的設備與現行的剛性襯底的設備不兼容，價格高昂，工藝復雜。柔性襯底材料的選擇受到銅銦鎵硒薄膜太陽電池制備工藝等限制，需要滿足熱穩定性、真空適應性、熱膨脹性能、表面平滑性、化學惰性抗濕性等苛刻的要求。同時，在柔性襯底上沉積薄膜的設備與現有的剛性材料（如玻璃）上沉積薄膜的設備不兼容，且價格高昂，工藝復雜。

若采用剛性襯底制備而后柔性襯底轉移技術實現柔性薄膜太陽電池的制作，則不僅可實現現有設備工藝的兼容；同時獲得的柔性薄膜太陽電池與傳統的以柔性襯底為材料的相比較，襯底厚度可控，不需受卷對卷工藝限制，可實現襯底超薄，進一步降低重量，從而可實現超輕、超薄、高效的柔性薄膜太陽電池。

另一方面，早在1993年，Hedstroem及其同事們就發現Na的“污染”對于CIGS吸收層至關重要。加入鈉的傳統方法即為采用普通廉價的鈉鈣玻璃作為薄膜太陽電池的襯底，此種玻璃襯底中含有的Na可以通過底電極Mo薄膜向CIGS吸收層薄膜中擴散。但如果采用不含鈉的其他材料做襯底，如柔性金屬箔（不銹鋼、鈦、鉬等）和聚合物（如：聚酰亞胺，PI）為襯底，則必須采用適當的方法往CIGS吸收層薄膜中摻入Na。

因此，本發明針對以上問題，擬以銅銦鎵硒柔性薄膜太陽電池體系為主要研究對象，引入襯底轉移技術，并增加含Na的功能層制備工藝步驟以期實現高效率低成本的輕質柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池的開發。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明針對目前商業開發的可適用于太陽電池的聚合物襯底價格高昂并且在高溫性能以及熱膨脹系數等方面尚存在缺陷，探索新的材料體系以及新的工藝和思路解決柔性薄膜太陽電池的柔性襯底耐溫性能與光伏電池工藝高溫過程的矛盾，針對聚合物薄膜層與剛性襯底的剝離過程，引入了剝離層的概念，以使聚合物及銅銦鎵硒薄膜太陽電池功能層完整良好的實現轉移。另一方面，針對柔性襯底無Na的特質，引入含Na功能層制備工序，考慮到傳統的鈉加入方式的可控性，擬采用在底電極Mo薄膜制備工藝之前制備含Na功能層，以期使得Na的摻入過程與以鈉鈣玻璃襯底的過程相似，工藝簡單、鈉微量摻入，從而實現高效率低成本的輕質柔性銅銦鎵硒薄膜太陽電池的開發。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種銅銦鎵硒柔性薄膜太陽能電池的制備方法，至少包括以下步驟：

1）提供剛性襯底，于所述剛性襯底表面形成剝離層；

2）于所述的剝離層表面形成聚合物薄膜層；

3）于所述的聚合物薄膜層表面形成銅銦鎵硒薄膜太陽電池功能層系；